时间：2022-03-09 19:20:25
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇矿井供电交流材料，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
摘要：本文主要对矿山井下供电系统进行了详细介绍。
关键词：矿山井下供电系统煤矿安全规程
1.矿上供电的基本要求
矿山企业在国民经济建设中起着重要作用，是电能的重要用户。随着生产的迅速发展，自动化水平不断提高，对供电的要求也就更加严格。特别是煤矿井下作业，工作面不断移动，生产环境非常复杂，因此对供电的要求更高。对供电的基本要求主要有以下几个方面：
1.1供电可靠
矿山企业供电中断，不仅会造成减产，而且有可能引起人身事故，甚至可能毁坏矿井。因此，矿山企业对供电的最重要要求是供电可靠和不间断，即使在电力系统发生故障的情况下，也必须保证不间断供电，至少也得供应一部分电能以保证人身安全和设备部收损坏。
1.2供电安全
由于煤矿井下瓦斯和煤尘爆炸的危险，所以在使用电气设备时必须特别注意其防爆性。另外，井下潮湿，工作空间小，光线差，易发生人身触电事故，必须采取一系列的安全技术措施，以确保对煤矿企业供电的安全性。
1.3供电质量
在供电质量上煤矿企业要求供电电压稳定和交流频率的稳定。煤矿中广泛使用三相异步电动机，这种电动机的转矩与外加电压的平方成正比；转速与交流频率成正比。若供电电压和频率发生较大变化，就会严重影响电动机的正常运转，甚至会使生产机械不能工作。
1.4供电经济
一般考虑下列三个方面：第一，尽量降低矿山变电所一点往的基本建设投资。第二，尽量降低设备材料即有色金属的消耗量。第三，注意降低供电系统中的电能损耗反维护费用。
2.矿山供电的电压等级
所有电器设备都是按一定的标准电压设计制造的，这个标准电压称为电器设备的额定电压。电力线路的额定电压等于其连接的用电设备的额定电压。发电机的额定电压是指额定负荷下的输出端电压，比同级用电设备额定电压高出5%。以补偿电网电压损失。矿区供电的电压，一般采用35kv、110kv。矿井地面和井下高压供电电压目前一般采用6kv，条件允许时，亦可采用10kv。
供电电压等级是矿山供电的只要问题之一，这是因为供电线路的电压等级与输送功率，供电距离有密切的联系。
我国矿山地面的低压动力照明电网（380/220V系统）采用中性点直接接地的方式，并且将中性点引出，可同时供给380V和220V两种电压。此时，中性点接地并不是为了防止电弧接地，预防高压窜入低压系统增加人身触电的危险性。
我国《煤矿安全规程》规定，除向架线式电机车供电的整流变压器外，箱井下供电的变压器中性点禁止接地。向井下供电的电网，不准采用中性点接地方式运行的主要原因是为了保证井和人身安全。因为煤矿井下空间狭窄、黑暗、潮湿，并有煤尘、瓦斯，如使用中性点接地系统，当人体触及一相导体。便接触到相电压，有致命危险。另外，在中性点接地系统中如出现接地故障。可能会外漏电火花，有点燃矿井内瓦斯的危险。
矿井的用电电源。一般来源于电力系统的区域变电站活发电站，电能送到矿山后在变、配给矿山的用户，组成矿山的供电系统。
矿山受电电压为6~110KV，矿山类型及所在地区的电力系统的电压而定，一般为35~110KV的双电源受电，经总降压站以高压车间，井下变电所及高压用电设备等配电，组成低压供电系统。
3.矿山供电系统的接线方式
按网络接线布置方式分为放射式、干线式、环式等接线系统。按接线运行方式分为开式和闭式系统。按对负荷供电可靠性的要求可分为无备用和有备用接线系统。有备用接线系统中，其中一回路发生故障时，其余回路保证全部供电的称为完全备用系统；如果只能保证对重要用户供电的，则称为不完全备用系统。备用系统的投入式分为手动投入、自动投入和经常投入等几种。
3.1无备用系统接线
无备用系统接线简单，运行方便，易于发现故障；缺点是供电可靠性差。所以这种接线主要对于三级负荷和一部分次变的二级负荷供电。
放射式接线的主要优点是供电线路独立，线路故障互不影响，易于实现自动化，停电机会少，继电保护简单且易于整定，保护动作时间短，缺点是电源出现回路较多，设备和投资业多。
干线式接线的主要优点是线路总长度较短，造价较低，可节约有色金属；由于最大负荷一般不同时出现，系统中的电压波动和电能损失较小；电源出线回路少，节省设备。缺点是前段线路公用，增多了故障停电的可能性。
3.2双回路放射式
双回路供电这种供电方式，线路总长度长，电源出线回路数和使用开关设备多，投资大，如果负荷不大，常会造成有色金属的浪费。优点是当双回路同时工作时，可减少线路上的功率损失和电压损失。这种接线适用于负荷大或单独供电的重要用户。对容量大，而且特别重要的用户，可采母线用断路器分段接线，从而可以实现自动切换，以提高供电的可靠性。
3.3环式
环式接线系统所用设备少，各线路途经不同，不易同时发生故障，故可靠性较高且运行灵活。因负荷由两条线路负担，故负荷波动时电压比较稳定。缺点是故障时供电线路较长，电压损失大。线路的导线截面应按故障情况下能负担环网全部负荷考虑，所以有色金属消耗量增大，两个负荷大小相差越悬殊，其消耗就越大。故这种系统适于负荷容量相差不大，所处地点离电源都较远，而彼此又较近的情况。平常可以开环运行，也可以闭环运行。但闭环运行继电保护较复杂，因此一般采用开环运行方式。
4．矿井供电系统
大、中型矿井的供电电源取自110kV或35~60kV的电力网经两回架空线路迭到矿井总降压站。比如一次电压为35~60kV两台变压器的内桥式接线的典型变电所主接线，其断路器外侧设两组隔离开关组成跨桥，上面接有35~60/0.4kV的所用变压器，工变电所直流操作电源等用。
在一次侧进行计量的变电所，进线和母线应设有准确等级负荷要求的电流互感器（CT）和电压互感器（PT）。
为了防止雷电波的侵袭，母线和架空进线处接避雷器，主变压器二次6KV侧多采用单母线分段，用成套配电装置配电。矿井一、二级负荷如通风机、主副井提升机等有接在不同母线上的双电源回路供电，以保证可靠。
总之，对矿井供电要求要严格，更具不同的矿井进行严密而谨慎的设计，保证矿山供电的安全。
参考文献：
[1]尚文忠.煤矿供电[M].中国劳动社会保障出版社,2008
关键词：交直交变频调速；矿井；提升系统；V-M
中图分类号：TD853.1 文献标识码：A
提升机作为矿井建设的关键设备，担负着矿井有益矿物、材料、人员和设备的运输工作，对矿井的安全生产起着至关重要的作用。因此，提升机必须具备安全可靠的控制系统，提升机控制系统的技术性能不仅直接影响矿井生产的效率及安全，而且代表着矿井提升机发展的整体水平。同时，提升机的耗电一般占据了矿山总耗电量的30%-40%，因此，实现提升机运行过程中的节能降耗也成为中小功率提升机电控系统研究的重要内容。
目前，国内提升机的调速系统主要有串电阻调速、V-M直流调速系统、交-交变频调速系统和交-直-交变频调速系统。各个系统都有着自身的优缺点。
1 交流绕线式异步电机转子回路串电阻调速系统
这种方案的电动机转速调节是通过改变转子回路串联的附加电阻来实现的。调速时能耗很大，属转子功率消耗型调速方案。在加速阶段和低速运行时，大部分能量(转差能量)以热能的形式消耗掉了，因此驱动系统的运行效率较低。这种调速方案是在低同步状态下产生制动转矩，需采用直流能耗制动方案(即动力制动)，或采用低频制动。用这种方法调速时，由于电机的极对数与施加在其定子侧的电压频率均不变，所以电机的同步转速或理想空载转速也不变，调速时机械特性随着转子回路电阻的增大而变软，从而大大降低了电气传动的稳态调速精度。在实际应用中，由于串入电机转子回路的附加电阻级数受限，无法实现平滑的调速。
综上所述，这种调速方案存在着调速性能差，运行效率低、运行状态的切换死区大及调速不平滑等缺点。从节能和安全考虑仅适用于小功率且控制要求不高的提升系统。但目前在我国的各种矿山中，这种方案使用得相当普遍，以后将面临着技术改造的问题。
2 V-M直流调速技术
“晶闸管变流器-电动机”（简称V-M）直流调速技术为了实现四象限调速，常采用两种电气控制方案：一种是电枢可逆调速方案；另一种是磁场可逆调速方案。
在电枢可逆调速技术中，直流电机励磁电流的大小和方向恒定，通过改变电机电枢供电电压的方向来实现可逆调速。但由于晶闸管的单相导电性，常采用正、反两组晶闸管整流装置，来提供正反向电枢电压。此种方法正、反转切换速度快，动态响应好，但由于采用正、反两组晶闸管整流装置，随着容量增大，造价也变得较高。
在磁场可逆调速系统中，电机电枢电压不变，通过改变励磁电流if的方向实现可逆调速。所以电机电枢用一组整流装置供电，而励磁侧采用正、反两组晶闸管整流装置交替工作来改变励磁电流if的方向，从而使磁通方向改变，达到可逆调速。虽然此种方法也需要两组整流装置，但由于励磁功率通常较小，故造价比上种方法低。由于电机励磁回路电感量较大，励磁电流的反向过程较长，所以快速性能不高，只适应于正、反转不太频繁的大容量可逆传动系统中。
当采用V-M直流调速系统时，要根据现场情况选取控制方案。这种调速方案运行效率高（可达0.95左右），调速性能好，但由于其整流侧采用的是晶闸管相控整流，所以功率因数低，谐波电流大，对电网污染严重。
3 交-交变频调速技术
交-交变频调速技术是在上世纪70年代被提出，在80年代开始应用到矿井提升机调速系统中。交-交变频是在输入的交流电上通过斩波或相控方式将其变换为另一种交流电，所以也称为直接变化法。首先出现的是西门子交-交变频同步机调速系统，之后又出现日本的交-交变频笼型异步机调速系统，随着电力电子新技术的不断发展已经实现全数字化控制。
交-交变频器由三组可逆桥式整流器组成，其控制方式可以是常规方式，也可以是矢量控制方式。通过控制可以使变频器输出为频率和幅值都可变的三相交流电压，从而实现变频调速，主电路下图所示：
交-交变频调速技术系统框图
交-交变频调速系技术具有良好的控制性能，效率高，调速性能好，特别适用于低速大功率矿井提升系统。但该调速系统也存在功率因数低、谐波大，对电网污染严重，通常在使用时要另外安装功率补偿装置和谐波吸收装置，增加了投资费用。
4 交-直-交变频调速技术
随着电力电子技术、计算机控制技术和大规模集成电路的发展，特别是交流传动技术的发展如矢量控制技术和直接转矩控制技术的出现，变频调速技术也随之发生了很大的进步，形成了和直流调速技术同样优良的交流调速技术。交流调速技术可以分为：交-交变频调速技术和交-直-交变频调速技术。
与交-交变频相比，交-直-交变频先把交流电整流为直流电，之后再把直流电逆变为交流电，在能量变换过程中存在直流环节，所以也被称为间接变化法，结构图见上图。从图中可以看到，交-直-交变频在整流和逆变侧均采用全控型器件，效率高、谐波量小，同时采用PWM控制方式可使功率因数接近为1，电流波形为正弦波，在控制性能上比交-交变频具有绝对优势。由于受到全控型器件耐压、耐流的问题，现多应用于中小功率场合，随着新一代全控型器件（IGCT）的发展，双PWM交-直-交变频调速系统已经进入到大功率场合。
结论
变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速或恒减速控制，消除了传统的串电阻调速造成的消耗，具有很明显的节能效果，交-直-交变频调速系统具有调速精度高、四象限运行、工作频率低、功率因数高，动态响应快等一系列优点，同时，该套系统有准确的定位和制动功能，可靠性好，使得其在矿山行业得到了应用。由于国内在该方面的起步比较晚，随然发展迅速，但是还没有形成完善可靠的产品，因此，对该项技术的研究具有良好的实际意义。
参考文献
[1]李永东.高性能大容量交流电机调速技术的现状及展望[J].北京：电工技术学报，2005，20(2).
詹放易 梁 誉 郑州光力科技股份有限公司 河南郑州 450001
【文章摘要】
煤炭是我国的主要能源，在开采的过程中，煤炭的安全生产最为重要，随着我国现代化的不断发展，对煤炭的安全生产提出了“从零开始， 向零奋斗”的口号。一直以来，困扰煤矿安全问题的因素之一就是电磁信号对井下仪器仪表设备的干扰，进而影响井下仪器仪表的正常工作。因此，国家不断加强对矿井仪器仪表安全性的技术改造，并取得了显著的技术成果和经济效益，为了进一步提高煤矿仪器仪表的安全性建设，本文将探讨井下电磁干扰的原因，进而阐述提高井下仪器仪表的抗干扰度的具体方法。
【关键词】
电磁信号；仪器仪表；抗干扰度
1 煤矿井下电磁干扰产生的原因
煤碳生产属于高危行业之一。由于煤矿地理环境复杂，井下作业环境恶劣，存在诸多安全隐患，很容易发生事故。过去采煤的方式一直是炮采，现在我国大中型矿井多采用综采，而综采机的使用功率非常大，尤其在综采机的启动时，需要很大的电功率，煤矿供电网络电压因此产生波动；同时，井下绞车、大型水泵等设备需要进行软启，软启的使用会在矿井供电网络产生脉冲电压，最终这些电磁信号会干扰矿井仪器仪表的正常工作，甚至导致事故的发生。即对井下智能仪器仪表产生电磁干扰的主要原因是煤矿大功率设备的启动和关停所造成电网电压的波动，以及软启的使用，会使矿井设备内部的感性、容性器件产生充、放电，进而产生巨大的峰值脉冲，进而对矿井仪器仪表造成读数误差等的影响。现如今，井下智能设备使用日益频繁，电磁污染已经成为了影响煤矿实现自动化生产的巨大阻碍。
2 煤矿井下电磁干扰产生的危害
首先，电磁干扰会产生电压波动，这种电压的波动会持续数个周期，井下变压器、绞车、大型水泵的使用等都会造成矿井电网电压的波动。煤矿电网电压的波动会导致井下仪器仪表测量产生误差，动作装置产生误动作甚至卡死等现象。电压下降是一种经常遇到的问题。其次，电磁干扰会产生突波，突波会使电网电压突然升高，并且会持续几个周期，例如，当井下的大型用电设备突然停止运转时，输电网络中的电压就会突然增高，形成突波，突波的形成会造成井下仪器仪表的记录数据出现乱码，甚至损坏井下仪器仪表。据统计，井下一半以上仪器仪表故障都是由于受到了突波的干扰；同时，电磁干扰会产生尖波，尖波的形成则主要是因为井下大型用电设备开关以及电弧放电所造成。尖波的电压平均为5kv，持续数0.3-4ms，尖波的危害很大，尖波不仅能够对井下仪器仪表造成干扰，而且能够破坏用电设备的输入滤波器；再者，电磁干扰会造成波形失真，矿用电压波形失真的主要原因是整流器、电子调速装备等的使用所造成的， 同时，二次电源本身也会造成波形的失真，矿用网络波形的失真不仅会造成井下高、低爆开关的误动作，同时会造成仪器仪表，例如瓦斯测量仪、一氧化碳测量仪等仪器的读数出现错误，并且，波形失真会干扰井下通信系统，影响中控室对井下人员命令的传达。最后，电磁干扰会产生接触网干扰，接触网干扰是指井下的岩层中产生的持续不断的脉冲群，接触网干扰产生的原因是井下运料的钢轨车在来回运送物料的时候钢轮与钢轨进行摩擦，产生无序的电流，这些电流在岩层中随机流散，进而对井下的仪器仪表产生脉冲干扰，导致井下仪器仪表读数不准确，严重时会造成仪器仪表的死机。
3 煤矿井下电磁干扰的解决方法
要解决电磁干扰就必须从三个因素入手: 首先，需要降低干扰度；再者，我们需要切断干扰源的传播；最后，我们可以想方设法去提高井下仪器仪表的抗干扰能力；由于井下环境复杂，同时一些电磁干扰源短期内无法根除，例如综采机产生的电磁干扰，因此本文从提高仪器仪表的抗电磁干扰度入手，进而提高井下仪器仪表的抗电磁干扰能力。根据以上电磁干扰的分析，提出以下四点解决方案。
3.1 加装电源滤波器
仪器仪表通过安装电源滤波器能够消除煤矿用电网络中产生的尖波和谐波。这种滤波器的是由线圈、电容等器件构成，亦可以说电源滤波器是由两个相互独立的低通滤波器所构成，这两个低通滤波器一个起着使共模干扰衰减的作用，一个起着使差模干扰衰减的作用，电源滤波器的特点是使仪器仪表避免差模和工模信号的干扰，最终保护井下仪器仪表的正常运转。为了能够保证电源滤波器起到良好的滤波效果，在安装的时候，需要将滤波器进行接地，
同时要保证接地的面积的大小，接地面积一般需和滤波器的外壳相等。滤波器的进线与出线要远离、不能交叉且要贴近金属隔板固定，交流与直流要分开；滤波器的出线到直流、交流转换模块输入端的连线要短并绞织，绞距不大于2cm，多余的要剪掉；滤波器地线要用导线引出至接地线端子，不能用外壳作接地引线；电源板和处理器采集板要分开布置，中间用金属板隔开，金属板要与滤波器外壳接地点保持良好接触。
3.2 加装磁珠
据统计，绝大多数电磁干扰是通过电源线传导的，电源线是电磁干扰出入电气设备的主要通道，也就是说，切断电源线这个干扰传输通道，就可解决大部分电磁干扰问题。磁珠由一些特殊材料合成，通常是采用铁镁合金或铁镍合金材料制成， 磁珠的制造工艺和机械性能与陶瓷相似， 其颜色为灰黑色，其等效电路为电感和电阻组成的串联电路。在高频段，磁珠具有电阻特性；在低频段，磁珠具有电感特性。电源线在穿过磁珠时，干扰的高次谐波分量被磁珠吸收并转换成热能耗散掉，低频谐波分量被反射，从而使干扰受到抑制。加装磁珠时需注意两方面，一方面是加装磁珠时，磁珠要加装在仪器仪表电源滤波器的输入端口，尽量使磁珠靠近电源接线的端子处；另一方面是加装磁珠时，磁珠外要套上热缩套，避免磁珠收到热胀冷缩的影响。
3.3 隔离技术
煤矿仪器仪表采用隔离技术，目的是将井下仪器仪表器件内部电路的输入单元、数据处理器和输出单元之间很好的隔离开来，避免各个单元所产生的电磁信号相互干扰，这样可以降低仪器仪表内部各功能模块的电磁干扰度，从而提高了仪器仪表的抗电磁干扰能力。
3.4 加装信号输入滤波器
这种滤波器内部由片式磁珠组成，片式磁珠是如今广泛采用的一种抗电磁干扰器件，片式磁珠具有高阻抗的性能，能够降低煤矿供电网络中的电磁信号对仪器仪表的电磁干扰，从而提高仪器仪表的抗电磁干扰性能。
4 结语
提高煤矿仪器仪表的电磁抗干扰度是煤矿安全生产的有力保障，本文从加装电源滤波器、加装磁珠、采用隔离技术和加装输入滤波器这几个方面论证了提高煤矿仪器仪表抗电磁干扰度的方法，并实际的运用中取得了很好的效果。总之，期望在不断提高检测设备的工作性能的基础上，确保我国煤矿的安全生产。
【参考文献】
【关键词】直流电动机；可控硅变流；全数字调节PLC控制；上位机监控
0.引言
提升机在矿井中担负着升降人员、提升矿物、运送材料以及升降设备、工具等项任务，它是沟通矿井地面与井下的运输设备，是矿井的重要设备之一，对矿井生产起着非常关键的作用。
矿井提升机有交流拖动和直流拖动两种，是电力传动技术的典型应用。进入20世纪90年代，随着计算机控制技术和电力电子技术的飞速发展，在提升机拖动系统中，采用“电动机+可控硅变流+全数字调节+PLC控制+上位机监控”的全数字控制方式已成为一种发展趋势。提升机采用全数字控制技术具有如下优点：
（1）硬件结构简单，故障点少，可靠性高。
（2）可控精度高，工作稳定性好。
（3）故障自诊断能力强，大大降低了使用维护成本。
（4）具有较高的可购置性，扩展方便，运行灵活性高。
（5）可与其他系统联网，实现现代化管理。
（6）运行效率高，能耗低。
矿井提升机采用全数字控制技术，综合了电机、电力电子、自动化、计算机控制等多种学科，控制系统结构发生了很大变化，硬件大大简化，软件实现的功能不但越来越复杂，而且日新月异。下面结合益新矿2JK5×2.3绞车所用的直流ASCS系列PLC电控系统说说直流电控系统在绞车上的应用。
益新矿2JK5×2.3绞车原来所采用的JKMK/J型电控系统。高压电路采用仿苏CG5型换向器，转子调速10级交流接触器（CJ12-600A/380V）切换外加电阻，逻辑控制电路为继电器接触器组成的有触点逻辑系统。这种控制系统分立元件连接复杂，出事故不易查找，安全保护单线控制，后备保护不齐全，可靠性差，触点、触头空气氧化接触不良和电弧烧伤故障率高；转子调速性能差，冲击电流大，机械碰撞及磨损严重，同时缩短了电机减速器、接触器外加切换电阻等设备寿命；高压换向器绝缘老化，遇阴雨潮湿天气，短路放炮，严重威胁矿井提升安全。将这种电控系统进行改造已势在必行。
近年来，PLC可编程序控制器得到了惊人的发展，技术趋于成熟，性能优越可靠。老绞车经改造后，将老式电控改造为直流ASCS全数字调控电控系统，技术特点如下：
（1）高压电源开关，高压换向器真空化。高压换向器设置正、反之间，高低压之间机械电气闭锁，结构科学合理。真空化消弧特性好，绝缘状态高。高压换向器闭锁消除了高低压间、正反向间短路事故。
（2）转子调速回路，采用可控硅20级编码启动专利技术，一是实现无触点切换，避免触头拉弧烧损和噪音，二是启动特性曲线平滑，冲击电流小。
（3）低频电源装置，技术成熟，运行安全可靠。低频拖动平稳，减少了对装载、卸载系统装备的机械冲击。
（4）最新西门子S7-300型PLC控制器，取代原来的继电器接触器的有触点逻辑控制方式，实现数字程序化控制，简化了控制系统结构。设置双PLC实现了两线制保护。
（5）上位计算机显示提升机运行状况，各运行参数、保护状态直观明了，便于查找事故和维护，提升机实时监控运行。
（6）有扩展功能，可与局域网连接，实现网络化管理。
1.ASCS电控系统的结构特征
1.1 ASCS电控系统设备总体结构
ASCS系列电控设备总体结构包括：高低压配电、变压器、变流柜、PLC控制柜、全数字调节柜、操作台、监控系统等组成。
1.2 PLC柜结构及工作原理
1.2.1 PLC柜主要技术参数
（1）供电电源：一路为单相200VAC，另一路为三相380VAC。
（2）内含两台PLC，输入/输出信号为：
A、16路（可扩展）模拟量输入，电压范围±10V。
B、128路（可扩展）直流24V/0V开关量输入。
C、32路（可扩展）继电器输出（接点容量为220V，5V）。
D、8路（可扩展）模拟量输出，电压范围±10V。
1.2.2 PLC的原理
最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：
继电器控制装置采用硬逻辑并运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点在继电器控制线路的那个位置上都会立即同时动作。
PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该继电器的所有触点不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式：扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
1.2.3 PLC柜的工作原理
PLC柜由2台PLC组成，采用SINMENS S7300。PLC通过输入模块接受外部的数字量/模拟量信号输入，PLC接受到这些输入信号后，将它们存放在CPU的输入存储区，CPU根据预先编好的程序，对输入信号进行运算、处理，其结果存放在CPU的输入存储区，然后将这些处理结果通过输出模块输出数字量/模拟量信号，控制继电器的得电/失电或指示灯的开熄，从而达到逻辑控制的目的。PLC用于逻辑控制时，其功能相当于多个无触点继电器的逻辑组合。PLC具有内部定时器及内部计数器功能，可以实现定时控制逻辑和脉冲计数。PLC软件采用STEP7程序设计语言编写，使用一根编程器和PLC，当程序编写完成后，通过编程口将程序下载到PLC的CPU RAM程序存储区中，则PLC可脱离编程器而独立运行CPU中的程序，以实现各种不同的控制目的。
2.ASCS辅助装置
2.1上位机监控系统
上位机用于监控提升系统的实时运行状态，即时反映故障发生情况，保存故障信息。它可显示罐笼位置、提升速度及速度图、高低压供电回路、液压制动系统和故障信息等画面。反映提升机所有的运行参数和运行状态以及故障类型和故障发生时间，使司机对提升机的运行状态一目了然，从而实现安全、高效地操作提升机。
该监控系统共设有7个主要画面，分别是：提升系统、高低压供电系统、液压制动系统、速度图、故障信息历史记录、电控系统原理图及欢迎画面。
2.2辅助装置
ASCS辅助装置主要是传感器件，具体有井筒开关、测速机、编码器等。
井筒开关：选用磁性非接触开关，分别设置在井筒中过卷、齐平、同步、减速点等位置。
测速机：选用与轴编码器一体化的进口产品，安装在驱动轮上或电机侧。
编码器：一般安装三个编码器。轴编码器PGI信号进入行控，轴编码器PG3信号进入主控PLC2，作为两路完全独立的行程和速度检测信号，行控PLC3实现速度控制，PLC2、PLC3分别实现有关行程和速度的监视保护。通过网络通讯，PLC2和PLC3进行行程和速度参数的相比较，实现钢绳滑动监视及PG1和PG3的相互监视。
关键词： 电机车；机械故障；电气故障；预防措施
中图分类号：TD64 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）1210137-01
0 引言
电机车是煤矿运输中的重要运输工具之一，尤其是长距离水平巷道（坡度在3～5%以下）。其主要优点是运输能力大（因运行速度高）和运输费用低（因所需辅助人员少、维护简单和动力消耗小）；研究电机车的常见故障及预防措施对于煤矿的和谐健康发展有着重要的现实意义。
1 电机车分类
矿用电机车分为架线式和蓄电池式两类。架线式电机车可用于非瓦斯矿和一、二级瓦斯矿井进风的主要运输巷道内，对于三级瓦斯矿中砌碹的主要进风巷道内，经省（区）煤炭工业局批准也可使用。蓄电池电机车的价格昂贵，且需经常充电，所以只在不允许使用架线式电机车的场所使用。例如三级和没有瓦斯喷出或煤和瓦斯突出煤层的超级瓦斯矿井的进风巷道中，要使用矿用安全型蓄电池机车。架线式电机车采用直流电源，电压有250伏和550伏两种，在牵引变流室内，交流电经交流设备变为直流电，电流由架设在运输轨道上空的架空线输送，通过电机车的集电弓引入电机车的电动机，并经轨道回到交流室，构成电流回路。电动机运转后，即传动电机车车轮转动，于是牵引电机车及其拖挂的矿车在轨道上运行。煤矿井下广泛使用的是直流架线式电机车和蓄电池电机车。架线式电机车的主要优点是结构简单和工作可靠，主要缺点是架线与电机车的受电弓之间会产生电弧火花，使其在煤矿井下的使用范围受到限制。所以，架线电机车主要用于非瓦斯矿井及全风压通风的低瓦斯矿井的主要运输巷道内。在后一种情况使用时，巷道支护必须使用不燃性材料。
2 矿用电机车结构
矿用电机车的构造包括机械和电气设备两部分。机械部分包括车架、轮对、轴承和轴承箱、弹簧托架、制动系统、撒砂系统、齿轮传动装置及连接缓冲装置等；电气部分包括牵引电机车、控制器、自动开关、启动电阻、集电弓、照明系统及电流表等。
1）车架。车架是电机车的主要承重部分，电机车的其他电气、机械部分都安装在车架上。主体，是由厚钢板焊接而成的框架结构。除了轮对和轴承箱，机车上的机械和电气装置都安装在车架上。车架用弹簧托架支承在轴承箱上。运行中因常受到冲击、碰撞，而产生变形，所以应加大钢板厚度或采取相应的增加车架刚度的措施。
2）轮对。轮对由两个车轮压装在一根轴上而成。车轮有两种，一种是轮箍和轮芯热压装在一起的结构；另一种是整体车轮。前者的优点是轮箍磨损到极限时，只更换轮箍不用整个车轮报废。驱动轮对有传动齿轮，电动机经齿轮减速后带动轮对旋转。
3）轴箱。轴箱是轴承箱的简称，与轮对两端的轴颈配合安装，轴箱两侧的滑槽与车架上的导轨相配，上面有安放弹簧托架的座孔。车架靠弹簧托架支承在轴箱上，轴箱是车架与轮对的连接点。轨道不平时，轮对与车架的相对运动发生在轴箱的滑槽与车架的导轨之间，并依靠弹簧托架起缓冲作用。
4）弹簧托架。弹簧托架是一个组件，由弹簧、连杆、均衡梁组成。每个轴箱上座装一付板簧，板簧用连杆与车架相连。均衡梁在轨道不平或局部有凹陷时，起均衡各车轮上负荷的作用。
5）齿轮传动装置。矿用电机车的齿轮传动装置有两种型式：一种是单级开式齿轮传动；另一种是两级闭式齿轮减速箱。开式传动方式传动效率低，传动比较小，而闭式齿轮箱传动效率较高，齿轮使用寿命较长。
6）制动装置。电机车的制动装置分为机械制动和电气制动两种。电气制动是牵引电动机的能耗制动，不需要专门设置，只是用控制器改变电气线路即可。机械制动是利用制动闸或制动器进行制动。矿用电机车的制动闸多是闸瓦式，用杠杆使闸瓦紧压车轮踏面，借助闸瓦与车轮的摩擦力形成制动力矩。操作方式有手动、气动和液动三种。
7）撒砂装置。机车上的撒砂装置，是用来向车轮前沿轨面上撒砂，以加大车轮与轨面间的摩擦系数。砂箱内装的砂子应是粒度不大于1mm的干砂。
3 电机车常见故障及预防处理措施
3.1 电机车牵引力小
3.1.1 产生的原因：1）主动轮对轮缘表面有油污；2）轨道表面有水或污物；3）双电机只有一台工作。
3.1.2 预防措施：1）清理油污；2）清理水或污物；3）维修控制器或电动机接线。
3.2 电机车运行冲击力大
3.2.1 产生的原因：1）起动过程操作不当；2）弹簧托架的钢板折断；3）车轮轮箍磨损严重；4）轨道变形。
3.2.2 预防措施：1）按照煤矿安全规程来操作；2）及时更换弹簧钢板；3）更换轮对或轮箍；4）定期维修轨道。
3.3 电动机不能正常起动
3.3.1 产生的原因：1）电枢绕组、励磁绕组接线因焊接不良或碳刷压力过大而开路；2）整流子火花太大，温升过高而开焊；3）换向器的焊点断开；4）碳刷过渡磨损，压力不足；5）受电弓损坏或与架空线接触不良；6）晶闸管脉冲调速装置电器元件损坏；7）供电线路电压低于规定值。
3.3.2 预防措施：1）检查碳刷压力，维修线路；2）维修整流子和线路；3）维修焊接接点；4）更换碳刷；5）维修或更换受电弓；6）检查维修、更换损坏电器元件；7）升高线路电压达到额定值。
3.4 电动机声音异常
3.4.1 产生的原因：1）轴承过渡磨损或损坏；2）轴承油不足或不干净；3）碳刷压力过大；4）固定磁极的螺钉松动；5）整流子失圆或损坏。
3.4.2 预防措施：1）更换轴承；2）补充或更换油；3）调整碳刷压力；4）拧紧松动的螺钉；5）维修整流子。
4 结论
总之，矿用电机车在矿井轨道运输中起着重要的作用，是矿井高产、高效运输大动脉的可靠保障。电机车一旦出现故障将会给矿井带来严重的威胁。因此，研究矿用电机车的常见故障及预防措施，有助于迅速解决电机车的故障，并给予及时的处理，从而在较短的时间内解决故障，确保煤矿的安全生产。
参考文献：
[1]李炳文、王启广，矿山机械[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
矿山按产品类型可分为煤矿、金属矿和非金属等;按采掘方式可分为露天开采矿山和地下开采矿山两大类。本文主要介绍变频调速器在金属矿山中的应用的现状和应用前景，对煤矿亦有参考价值，因为露天煤矿和露天金属矿开采方式和生产设备基本相同，地下矿山除需要考虑设备的防爆问题外，大部分生产设备也与金属矿大同小异。露天采矿和地下采矿所用的生产设备有很大不同。
露天矿山是以大型设备为主要特点，要求优良的电气传动系统，以保证这些大型设备的高效率运行。露天矿山的这些大型设备包括用于穿孔的牙轮钻机，用于装载矿、岩石的电铲(挖掘机)，用于运输矿、岩石的大型汽车等。它们都要求电气传动系统具有良好的调速性能，目前这些大型设备大多采用直流调速传动系统。
地下矿山的生产较露天矿山复杂。由于井下生产的空间窄小，使生产设备环境潮湿、阴暗，粉尘大、噪音大、振动大、并有塌方的危险，工作条件十分恶劣。因此，井下生产设备的体积受限，这些设备以小型化为主，体积小、重量轻，对电气传动的要求不高。但提升、排水、通风、压气等固定设备是地下矿山的要害部门，也是耗电大户，因此，这些设备的安全运行和节能就显得至关重要。
根据我们多年来从事矿山电气传动的经验及在矿山进行变频调速的应用实践，我认为，在矿山应用变频调速技术对于提高矿山生产设备的效率，节约电能都是至关重要的。但遗憾的是在矿山应用变频调速技术还很不普遍，除了因变频器的投资问题外，与人们对变频器的认识不夠有关，也与不能正确了解矿山设备对变频器的特殊要求、不能正确地应用变频器、因此所带来的负面影响有很大关系。
本文主要介绍目前矿山应用变频器的状况，矿山设备对电气传动的特殊要求，以及如何正确地选用变频器等。
2变频器在露天矿山设备中的应用
2.1电铲
电铲用于装载矿岩，其工作条件非常恶劣，特别是在爆破不好的情况下挖根底作业，经常出现过大的冲击载荷，甚至堵转。因此，电铲对电气传动系统就有较高的要求:要求电气传动系统的机械特性曲线的包络面积大，有足够的有用功率;要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地进行加、减速和反转，动态响应速度快;要求系统制动性能好，并能回收能量;要求系统运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传动系统的这些特殊要求，所以，我国电铲目前应用的电气传动系统主要还是直流传动系统。例如:WK-4M、WK10、WD-1200和195-B等型号的电铲都是采用直流发电机-直流电动机系统(简称机组系统);从美国Harnischfeger公司引进制造的P&H-2300XP和P&H-2800XP型电铲则是采用晶闸管变流器-直流电动机系统(简称晶闸管直流系统)。虽然后者比前者技术先进，效率也有所提高，但这两种系统都还存在直流电机的固有的缺点，即维修工作量大、效率较低等。
自上世纪90年代后期，我国有个别矿山从美国B-E公司引进了变频器-鼠笼型电动机系统(简称交流变频调速系统)，这是全交流化的电铲电气传动系统。例如:385-B、295-BⅡ、290-BⅢ型电铲就是全交流化电铲，变频调速由德国SIEMENS公司开发、提供的电压型变频器。现以395-B电铲为例作一简要说明:高压交流电由电缆经集电环引入电铲，由1600kVA主变压器将6kV变为575V，由1950A的整流器将交流变为直流，经滤波后送入公共直流母线。在直流母线上有4台容量为750kVA的逆变器，其中2台并联供电给1台容量为1066kW的提升电动机;第三台逆变器供电两台容量各为243kW的回转电动机;第四台逆变器供电给容量为294kW推压电动机。当某工作机构处于再生制动工作时，逆变器将再生制动能量反馈到公共直流母线上，可供其它工作机构使用，使能量得到充分利用。使用不完的制动能量，可以通过制动电阻消耗掉。
实践证明，交流变频调速电铲和前两种直流调速电铲相比，具有节约电能、调速性能好、可靠性高、维护量小、生产效率高、功率因数高(0.95以上)等优点，是公认的电铲电气传动系统的发展方向。
2.2变频器在牙轮钻机中的应用
牙轮钻机是露天矿山、尤其是大型露天矿山的主要穿孔设备。为使牙轮钻机在不同的岩层中都能保持较佳的钻进状态，要求钻机的回转机构能根据岩层的性质进行无级调速。钻机的提升/行走机构也需要无级调速。目前，牙轮钻机的回转机构和提升/行走机构一般都是直流电动机传动。主要有三种调速装置:(1)采用晶闸管直流调速装置的牙轮钻机有:YZ-55，YZ-35和YZ-12型;(2)采用大功率磁放大器调速装置的有KY-250型牙轮钻机和从美国进口的45R型牙轮钻机;(3)采用直流发电机组调速装置的有从美国进口的60R型牙轮钻机。
牙轮钻机上应用变频调速技术不仅是为了节能，更重要的是为了提高钻机的生产效率，降低维修工作量。回转机构电动机安装在钻杆的顶端，工作条件异常恶劣，以往使用的直流电动机经常损坏，维修工作量大，影响牙轮钻机的正常作业和效率的提高。因此采用坚固耐用的交流鼠笼型电动机代替直流电动机，用变频调速装置代替直流调速装置，就成为人们公认的牙轮钻机电气传动的发展方向。在牙轮钻机上应用变频调速技术的难点在于:钻机的转机构等对调速装的性能要求高，因为由于岩层地质条件的不同，钻机在钻进工作时有可能被卡钻，使回转机构堵转，这就要求调速装置的机械特性曲线具有挖土机特性，并具有立即反转和立即重新起动、钻进功能;牙轮钻机振动大，对调速设备的防振要求高。变频调速在牙轮钻机中的应用首先是由美国B-E公司在55R型牙轮钻机上应用。我国矿山的牙轮钻机的变频调速还在开发试验之中，尚未在推广应用。
2.3电动轮汽车的电气传动
目前，大型露天矿山的运输主要是采用无轨运输，而主要运输设备是大型汽车，特别是电动轮汽车成为了大型露天矿山的主要运输设备。这是因为电气传动比机械传动有更多的优点。如调速性能好，响应速度快，调速平滑无冲击;可实现恒功率调节，能充分利用柴油发动机的功率，耗油少;制动安全，牵引特性好等。目前，世界各国大型露天矿，包括我国的大型露天矿都普遍采用电动轮汽车。我国自1975年以来，引进了不少电动轮汽车，并成功研制开发了SF3102型100t和LN-3100型108t电动轮汽车，与美国UnitRig公司合作制造了MARK-36型154t电动轮汽车。
电动轮汽车的电气传动系统主要有柴油发动机带动的直流发电机-直流电动机系统和柴油发动机带动的交流发电机-交流电动机系统，它通过控制发电机的励磁来控制电动机的转速。随着变频调速技术的发展，人们也在探讨将变频调速技术应用于电动轮汽车电气传动的可能性。但目前尚未见到成功的先例。不过，作为大型露天矿山的主要运输设备的电动轮汽车，人们会继续努力，研究将变频调速技术应用于电动轮汽车，以进一步改善其调速性能，提高其运输能力。
3变频器在地下矿山中的应用
3.1变频调速技术在矿井提升机中的应用
矿井提升机是地下矿山运输的主要设备。它是用一定的装备沿井筒运出矿石、废石、升降人员及材料、设备等运输环节。矿井提升设备按井筒倾角可分为竖井提升设备和斜井提升设备;按提升容器可分为罐笼提升机和箕斗提升机等;按提用途可分为主提升机(专们或主性提升矿石，一般称为主井提升机)，副井提升机(提升废石、升降人员、运送材料和设备等，一般称为副井提升机)和辅助提升机(如天井电梯、检修提升等)。
矿井提升是地下矿山生产的咽喉，所以，无论哪种提升机，对电气传动的要求都很高，因为电气传动系统性能的优劣，可靠性的高低，都直接关系到矿山生产的效率和矿山生产的正常进行。对矿井提升机电气传动系统的要求是:有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。
目前，我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要有:对于大型矿井提升机，主要采用直流传动系统，有采用直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统;这两种系统都存在着直流电动机固有的缺点，如效率不高，维修工作量较大等。对于中、小型提升机，则多采用交流电气传动系统，如采用交流绕线式电动机，使用电机转子切换电阻调速，这种电气传动系统虽然设备简单，但它是有级调速，调速性能差，效率低，大量的电能消耗在电动机转子电阻上，而且可靠性也差。
将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。我国已有几台大型矿井提升机采用交-交变频调速系统，取得了很好的效果，但其缺点是功率因数不高，谐波大，需加谐波和功率因数补偿装置。随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。例如国外已有矿山将有源前端三电平变频器应用于矿井提升机上，据介绍，采用这种变频调速的交流提升机可以克服直流调速系统和交-交变频调速系统的缺点，是提升机电气传动的发展方向。对于小型交流提升机已有成功应用变频器的实例，如山东风光电子有限公司和东营市东萃科技有限公司合作开发的变频器，成功地应用于山东宁阳县华宁煤矿的380V,180kw的交流提升机上。
3.2变频调速技术在空压机中的应用
空气压缩机是地下矿山生产的重要设备之一，它生产压缩空气，用以带动风动凿岩机、风动装岩机等设备以及其它风动工具，其耗电量在矿山总耗电量中占有相当大的比重。深入分析空气压缩机的电能消耗情况，找出节能潜力，实现空气压缩机的节能运行，将会降低矿山生产成本，提高其经济效益。现以凡口铅锌矿为例说明:
凡口铅锌矿坑口空压机站共有6台空气压缩机，其中4台为日本日立空气压缩机。4台日立压缩机型号:BTD2，排气压力7kg/cm2，排气量103m3/min属两级压缩活塞式压缩机，其拖动电机型号EFOU，额定功率450kW，额定电压380V，额定电流892A，采用Y/Δ降压起动方式;2台国产空气压缩机(活塞式空气压缩机)，其拖动电机为高压(6kV)同步电动机。6台空气压缩机采用并联运行方式。一般情况下，只运行2～3台(其中一台国产空气压缩机)其余的空气压缩机作为备用。空气压缩机站的容量是按最大排气量并考虑备用来确定的，然而在实际的使用过程中，用气设备的耗气量是经常变化的，当耗气量小于压缩空气站的排气量时，便需对空气压缩机进行控制，以减少排气量使之适应耗气量的变化，否则空气压缩机排气系统的压力会升至不能允许的数值，使空气压缩机和用气设备的零部件负载过大，并有发生爆炸的危险。凡口铅锌矿4台日本日立空压机采用的是多级压力节流进气控制方式:即当压力低于6.2Mpa时,打开全部进气阀,压缩机组以100%负荷率状态运行;当压力达到6.2~6.5Mpa时关闭隙阀，压缩机组以75%负荷率运行;当压力达到6.8~7Mpa时,关闭一个进气阀,压缩机组以50%负荷率运行,当压力达到7Mpa时关闭所有进气阀,压缩机组进入空载运行状态.由于活塞式空气压缩机的起、停有着严格而复杂的规程，不允许频繁起停。为了满足井下用气量的变化，一般由调度人员根据井下用气量的时间变化特点,把一天分为几个时段，每一个时段需要开的空压机台数由该时段内最大用气量决定。在该时段内，空压机不允许增开或停开(特殊情况除外)。地下矿金属矿山的空压机站多采用这种方式，但这种控制方式很显然存在一些比较大的缺点:
(1)据统计，压缩机组75%负荷运行率为41%，50%负荷运行率为14%。无论空气压缩机是处于75%、50%还是空载运转状态，管网压力较正常供气压力要高，井下用气量很显然要小于供气量，而这时各台空气压缩机仍然全速生产压缩空气，带来了不必要的电能浪费。
(2)节精度低，在某一进风量工作状态下压力波动大，特别在生产用风量变化频繁时期内(用风量大且变化频繁)，不能稳定风压;
(3)阀门动作值在一次整定后经常会变，有时会使整个压风系统工作压力偏高，增大了单位压风量的功耗;
(4)当空压机运行在75%、50%进气量的工作状态下，进气流速增大，造成进气过程压风量的损失，降低了压风机的效率。
因此有必要对现有的调节方式进行改进，以节约电能，提高空压机的运行效率。我院和凡口铅锌矿合作，用变频调速对其空压机站进行技术改造。
空压机恒压自动控制变频调速系统结构如图1所示:
空压机恒压自动控制变频调速系统可实现对5#空压机和6#空压机的轮换控制。5#空压机和6#空压机均可由新老两套系统拖动，这样做有两个目的:伒5#空压机出现故障需要检修时，新系统可迅速切换到6#机，以提高恒压控制变频调速系统的利用率;当新系统出现故障需要停车检修时，能够很快地投入老系统运行，不致于影响正常生产;当管网压力超出恒压调节范围时，系统发出增开或者减开一台空压机。
系统于1999年4月2日在凡口铅锌矿通过了验收，正式移交生产使用，系统运行十分正常，满足了生产的需要，达到了预期的目的。本系统的目的是为了节能，根据广州金粤节能服务站对本系统做的节能测试:采用本空气压缩机恒压控制变频调速系统平均每天节电量2226kWh。按照年工作日330天计，则采用恒压控制变频调速系统每年可节电734629kWh，按照凡口铅锌矿现行电价0.7元/kWh计，每年可节约电费51.42万元。本系统总共投资98万元，两年内即可收回全部投资。本系统应用的成功为活塞式空气压缩机的节能运行提供了重要的新手段，对于企业节能降耗，提高企业经济效益有重要意义，有广阔的推广应用前景。
3.3变频调速技术在矿井通风机中的应用
矿井通风机是地下矿山生产的主要用电设备之一，其节能运行在矿山节电中占有重要的地位。矿井通风机一般采用异步电机或同步电机拖动，恒速运转，一般容量大，电机供电电压高(6kV或10kV)。
矿山建设的特点是:巷道逐年加深，产量逐年增加，所需的通风量逐年上升。但矿井通风机在设计选型时，往往是按最大开采量时所需的风量为依据的，一般都留有余量，因此矿井在投产后几年甚至十几年内，矿井通风机都是处在低负载下运行。此外，通常矿山井下作业不均衡，一般夜班工作人员少，所需风量也小，在节假日时，可能只有泵房等固定的井下场所的值班人员工作。尽管井下人员少，但也得照常向井下送风，矿井通风机一般不调节风量，若要调节风量时，传统的方法是调节档板。这种办法虽然简单，但从节能的观点看，是很不经济的。图2所示为几种调节风量的方法节电比较。
图2中:1—挡板法;2—前导器法;3—液力耦合器;4—绕线电动机切换转子电阻调速法;5—变频调速法。
由图2可见，变频调速法在各种风量调节方法中是最理想、最有效、最节能的调节方法。有关变频调速技术在矿井通风机中的应用，仍以凡口铅锌矿为例说明。
该矿的矿井通风机都采用高压电机传动，有高压同步电机和高压异步电机两大类。由于矿井通风机是矿山的耗电大户，节电潜力很大，但它又是高压电机传动，实现变频调速有一定困难。于是，长沙矿山研究院与凡口铅锌矿、冶金自动化研究院等单位合作，以老南风井的6kV，800kW同步电机传动的矿井通风机为对象，研制开发了同步电机直接高压变频器。1997年8月投入运行，并于1998年4月28日通过了中国有色金属工业总公司的技术鉴定，获得了部级科技进步二等奖。这是国内第一台同步电机直接高压变频器，节电效果十分显著。新南风井的矿井通风机采用6kV,880KW高压异步电机传动，高压变频器采用SIEMENS公司的SIMOVERTMV型三电平高压变频器。于2002年9月投入运行，节电效果也是十分显著的。下面分别简要介绍这两种高压变频器。
(1)同步电机直接高压变频器
同步电机高压变频器主要有两类，即他控式变频调速系统和自控式变频调速系统。他控式变频调速系统所用的变频装置是独立的，其输出频率直接由速度给定信号决定，属速度开环控制。自控式变频调速系统可以使同步电机不存在失步和振荡等问题，所以一般都采用自控式运行。
我们与有关单位合作研制开发的这种同步电机直接高压变频调速装置是采用交-直-交电流型变频调速系统，属自控式变频调速系统，它由变频器、同步电机、转子位置检测器以及控制系统组成。变频器主电路采用晶闸管串联组成的高压阀串作为功率元件，它是利用同步电机的反电势来关断逆变器的晶闸管，它没有强迫换流电路，因而主电路结构简单。变频器的框图如图3所示。
图3中，硬件全套设备由高压开关切换柜(图中未表示出)、整流柜、逆变柜、励磁柜、控制柜、操作台及交流进线电抗器、直流平波电抗器、转子位置检测器、光电编码器等到部分组成。
根据凡口矿生产的情况需要，本高压变频器按周期性的固定频率运行，早班(7:00~16:00)变频装置运行在40Hz，中班(16:00~19:00)运行在35Hz，在19:00~20:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，20:00~23:00运行在35Hz，23:00~24:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，0:00~3:00井下作业人员很少运行于28Hz，3:00~4:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，4:00~7:00运行于28Hz。
经广州金粤节能服务站的节能测试及能量平衡测试，以及凡口矿老南风井的实际记录，在正常生产期间，节电率达42%;节假日时变频器运行于28Hz，节电率达73%。年节电为192.3万kWh，在不到一年的时间内，就由节电费用收回到了高压变频器的全部投资，经济效益十分显著。
(2)异步电机三电平高压变频器
在成功研制开发了老南风井同步电机直接高压变频器的基础上，根据深部开采的需要，对新南风井的矿井通风机进行改造，我院和有关单位合作，经过论证，最终决定采用引进WOODS轴流式风机和Siemens公司的SIMOVERTMV三电平高压变频器。该变频器的原理图如图4所示。
但SIEMENS公司实际提供的这种三电平高压变频器的系统如图5的框图所示。
由图5可见，6kV高压电源经三绕组降压变压器降压，2组二次侧绕组(接法、Y)，电压各为1.2kV，经各自的6脉冲整流桥整流成直流，直流电压为3240V(正负电压各为1620V)经三电平逆变器变频变压，可输出频率可变的0~2300V的三相交流电压;经滤波器滤波后，再经升压变压器升压至6kV，供给6kV高压电动机调速。
新南风井高压变频器原订为直接高压变频器，但由图5可见，这实质上是一台高低高式高压变频器，因为它不仅有降压变压器，而且也有升压变压器。不过经我们对其进行了计算机仿真，其结果表明，尽管它是高-低-高式高压变频器，但并不影响它在生产中的应用。
根据凡口矿目前的生产情况，高压变频器的运行情况是:白班和中班，高压变频器运行于40Hz，在晚班，由于井作业人员很少，高压变频器则运行于30Hz，在节假日，则运行于更低的频率。据此，计算出节电效果，年平均节电为56%，年节电357.9万kWh，节电效果显著达到了原计划的节电目标。
3.4关于球磨机、井下排水泵等是否可用变频调速的问题
球磨机、井下排水泵等设备容量大，都是矿山的高耗能设备。对于这些设备是否可以采用变频调速来实现节能运行呢？我认为，在这些设备上采用变频调速是达不到节能目的的。
我们应某金矿的委托，采用变频器对球磨机进行调速节能试验。当变频器的输出频率调整到48Hz和45Hz时，球磨机的电能消耗虽有所降低，但磨矿质量有很大降低，此时球磨机的出矿粒度由原来不调速时的300目粒度占99%，分别下降到90%和58%。可见这种工艺、设备条件下，不宜采用变频调速节能运行。
另外，我看到有的文章说，变频器用于井下排水泵站的节能[3]。我认为，这是不现实的。因为任何矿山为排出井下的涌水，都在井底设有水仓。值班工人根据水仓水位确定开仃水泵及开仃几台水泵，因此它不需进行流量的调节。所以，它不需要采用变频器。对于地面生活供水或工业供水的泵站，由于需要根据用水量的多少来调节供水量，在这种情况下，采用变频调速以调节流量，可达到节能的目的。
在矿山中，还有一些小型设备可以采用变频调速节能，如螺旋给料机、沙泵等，在此就不一一介绍了。
4选择变频器应注意的事项
变频器，特别是高压变频器价格昂贵，如选择不当，达不到节电和提高生产效率的目的，以致造成浪费和不必要的麻烦和损失。在这里，提供一些选择变频器的意见，供参考。
4.1根据工艺要求选择变频器
(1)电机调速虽是风机、水泵节能的有效途径，但并非凡是风机、水泵都能采用调速节电。对于工艺参数基本稳定，不需要调速的风机、水泵可以采用高效节能电机和高效节能风机，以提高系统效率。对于已建成而配置不合理的风机可以通过采用更换电机，调节叶片角度等方法达到节电的目的。选择调速节能时应注意:风机、水泵的转速变化范围不宜太大，通常最低转速不少于额定转速的50%，一般调速范围在100%~70%之间为宜，因为当转速低于额定转速的40%~50%时，风机、水泵本身的效率明显下降，是不经济的;调速范围确定时，应注意避开机组的机械临界共振转速，否则调速至该谐振频率时，将可能损坏机组。
(2)进行可行性分析
在选择要进行的变频调速的设备对象以后，应从提高效率或提高产品质量的需要情况，从节约电能的情况进行分析、计算，并与变频器的投资进行比较，计算出变频器的投资回收期。一般来说，如能从节约的电费或从提高产品质量、提高效率等方面所得的收益中，在两年内偿还变频器的投资，都应认为是可行的。同时还应分析外部条件是否满足变频器的使用要求。
(3)变频器的可靠性
变频器的可靠性如何，直接决定了变频器能否成功地应用于生产。这是选择哪种变频器的首要条件。有的矿山所购买的变频器可靠性不高，加之自身的维修技术力量不强，变频器出了故障，只好仃下，甚至弃用。造成损失，同时也为变频器的继续推广应用带来负面影响。
(4)根据生产厂家提供的技术规格和技术参数来选择变频器在按工艺要求、电源条件、场地及容量等选择了变频器方案后，再具体到选择哪个厂家的哪种高压变频器。在选择变频器时可以根据厂家提供的产品样本等技术资料及报价表来选择。
变频器的制造厂家和经销商都会向准备购买变频器的用户提供样本及报价。在样本中，厂家公开说明其产品种类、特性、技术指标和特点，用户在订货前通过对产品样本资料可以对其产品有大概了解。因此对产品样本的阅读和了解是比较各厂家变频器性能的重要依据。
4.2主要应考虑的技术规格和技术参数
(1)型号
各厂家生产的变频器的型号多是系列号和容量的组合，通过对型号和规格得了解，
可以确认该厂家生产的品种，对用户来说，不一定会使用到全系列的变频器，但可以从型号、规格、所采用的功率元件、控制技术等方面判断厂家的实力和生产态势，甚至可以从一个方面判断其产品质量。产品品种齐全，容量覆盖范围大，功率元件及控制技术先进的厂家，一般来说其实力强，生产态势好，产品质量一般来说也会有较好的保障。
(2)效率
变频器效率的高低，直接关系到变频器调速节能的多少，因为在变频器运行时，变频
器本体也要消耗一部分电能。一般来说直接高压变频器的效率都可达到0.97~0.98,而高-低-高式高压变频器由于多一个变压器的损耗，使其系统效率有所降低。
(3)功率因数
在整个调速范围内，功率因数的变化是一项重要指标。最好是在整个调速范围内功率因数都保持在0.95以上，以使其符合国家标准GB3485-83的标准，这只有电压型变频器和IGBT单相变频器串联的高压变频器能够满足此项规定。而电流型变频器较难满足这项要求。
(4)谐波
国家对电网谐波有严格要求。限制用户非线性谐波设备注入电网的谐波电流，是限制电网电压正弦波畸变的关键。所用的高压变频器的谐波(即装置对电网产生的谐波)必须符合国标GB/T14549-93“电能质量、公用电网谐波”的规定，在国际上要符合IEEE-519标准的规定。对于电流型变频器如采用六脉冲整流，则5次、7次谐波都超过了这个标准，应采用12脉冲整流或附加谐波补偿措施。
(5)输出容量和额定输出电流
变频器输出容量以kVA或kW表示，它代表可以供给电动机的输出功率。用kW表示时，一般以四极标准电机为基础考虑;用kVA表示，需进行核算。额定输出电流是在额定电压下变频器能够连续输出的电流值。在以输出容量为标准选择了变频器以后，还应对额定输出电流进行核算，以使电动机的额定电流不要超过变频器的额定输出电流。
(6)率范围
由最低使用频率和最高频率定义调速范围。最低使用频率的意思与起动频率不同。起动频率很小时，并不一定能使电机从该频率起动。变频器要对最高频率设定，对风机、水泵的最高频率应设定(即箝位)在50Hz，所有的变频器都可满足这个要求，在选择变频器时可不作考虑，但使用中需注意此点。
(7)电源容量和允许电压变化范围
供给变频器的电源容量应足够大，电源电压变化范围应在变频器允许的范围。用户在选择变频器时应根据自己电网容量及电网电压的变化情况，对变频器进行选择。曾有一个矿山因电压波动范围超过了变频器的允许范围，而使变频器不能正常应用。
(8)保护功能
变频器样本中一般表明其保护功能，这是为了检测出变频器的异常情况和防止外部原因及内部异常对变频器造成损害，保护变频器正常运行和变频器安全可靠。因此保护种类是否齐全、完善，从一个方面反映变频器质量和运行的安全可靠性。
(9)价格
变频器价格是用户最关心的问题之一，用户应了解厂家或经销商所报出的价格的具体含义和具体内容，及服务内容，以及任选件价格等。还应与其它厂家的变频器进行综合比较。
5结束语
《中华人民共和国节约能源法》第39条，已将变频调速技术列为通用节能技术加以推广。在矿山推广应用变频器节能是重要目的之一，如风机、水泵;同时也有提高生产效率、降低维修工作量、提高产品质量等目的，如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等。在矿山应用变频器和其它工业部门有相同之处，也有不同之处，如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等设备应用变频器有一豺特殊要求，所用的变频器还有一些技术开发工作要做。建议有关科研院所、变频器生产厂家和矿山用户共同合作，开发我国矿山设备使用的变频器。
本文的目的在于抛砖引玉。由于作者的水平有限，资料不够，经验不足，所述内容错误之处在所难免，所论观点也属一孔之见，欢迎读者和朋友们批评指正。
参考文献
[1]采矿手册[M].冶金工业出版社,1991,(6).
1.机电一体化技术在煤矿机电中的应用
1.1电控牵引采煤机煤矿生产过程中，电控牵引采煤机的应用十分普遍。它具有一些显著特点，比如牵引性能，可以为采煤机移动提供牵引助力，减少工人劳动量，使得采煤机消除大部分阻力，轻易向前移动，同时也可以在不同地形下产生滑动助力，依靠发电实现制动，同时荧幕会反映出所剩电能与续航时间。电控牵引的操作系很高，能够适应连续工作，不易损坏，使用周期长，它与液压牵引不用，电控牵引只需电能支持，比液压牵引易于成本控制，损耗部件只有整流器和电刷，可随时更换，在其余零件没有受到严重损坏的情况下，仍然能坚持工作，并且系统故障几率低，工作寿命长，维修简单快捷。电控牵引采煤机的反应速度快，制动灵敏，机动性高，可以在采煤作业中随时对系数进行调整或设定，操作难度低，作业效率高。在机械制动方面，电控牵引采煤机具有结构简单的特点，重量轻便，体积适中，制动效率接近100%，高出液压采煤机近30%。现阶段，国产采煤机在我国煤矿机电一体化进程中占有很大比重，长期处于应用主导地位，像太原矿山机械厂、鸡西煤机厂、西安煤机厂等国内采矿及生产企业，正不断对电控牵引采煤机进行技术更新与研发。1.2网带输送机网带输送机是煤矿机电技术中的重要组成部分，现有许多国产品牌专门为煤矿行业提供网带输送机，根据不同价格定位以及项目实际需求，网带输送机的传导方法与安装拆卸性能不尽相同，为煤矿承包方提供了更多选择。井下煤矿，由于项目自身特点，对网带输送机的要求主要是距离长、功率大，各机械企业针对各类煤矿项目做出了周密的分析，新产品的应用价值趋于多元化，定制研发能力持续攀升。比如大倾角网带输送机，它的距离长度可以适应大部分井下作业，整套设备易于运输和安装，传送带可伸缩，传递速度均匀。我国在输送机领域内投入很大，以至于改变了缺乏相关技术的现状，并且自主生产研发网带输送机所需的一系列配件和制动理论，切实有效地研制出了多款起动和制动装置，另外还有以PLC为核心的数控编程装置，以自动化为前提的驱动系统以及齿轮减速器、调速型、液力耦合器等。目前煤矿采集领域大范围应用具有调速功能的网带输送机，以软起动方式运行的液力耦合器性能发挥全面，解决长距离材料输送难题的同时，也促进了机电一体化在煤矿机电技术中的应用。1.3其他煤矿机电一体化设备除上述机电一体化设备外，还另有一些机电设备也在投入使用。比如供电设备，煤矿需要稳定的电能支持，对供电的要求非常高，除了质量、连续性、稳定性外，还要能够符合大功率设备使用要求，因此供电设备选择显得尤为重要。节能型供电设备具有就地补偿和集中补偿同时运行的特点，对增强功率因数、降低供电系统浪费效果显著，高压控制装置连续作业时间长、维护投入少、寿命长，并且可以兼容电子计算机技术，具有网络通信功能，煤矿外的工作人员能够远程对设备进行监控和微调，在发生矿难时，又可以发挥重大作用，为搜救工作提供位置信息。
2.机电矿井提升设备
矿井提升机设备正字向数字化发展，尤其是内装提升机，如今它已形成了滚动和驱动合二为一的结构整体，极大程度上对机械结构实现了简化，可以说矿井提升机是机电一体化设备中的经典类型。数字化提升机可以进行故障自检，重复搜寻故障原因，生成系统日志，给维修人员提供准确的故障诊断，并且具有一定通信能力，可以在故障初期发出预警，对工作人员发出提示。现阶段提升机内部多采用总线方式，降低了电气安装难度，硬件配置兼容性强，选择面广泛，易损耗部件少，工作人员可以轻易对其进行软启动或者软件控制，甚至瞬间改变速度，当前全数字化提升机已经作为各煤矿首选提升机类型，我国对数字化提升机拥有知识产权，成功研制了多款全数字化直流提升机，它的核心部分是由ASCS计算机系统组成，配以双CPU架构。数字化提升机充分利用了计算机技术，让系统保护工作更加完备，具体特征表现为两台计算机装置同时运行，每台都有各自独立的传感装置和测量装置，两台计算机装置共享数据处理系统，实现了数据同步、相互检测、为对方备用等，提升路径采取间接测量与直接测量相结合的位置探测模式，两台计算机互相进行比对和校准，完全展现了自动化提升效果，因此安全性能充分得到加强，对制动回路、电源驱动回路、安全回路可以全过程检测。
3.煤矿安全作业监控系统
随着矿井安全要求越来越高，煤矿机电一体化技术开始引入了安全作业监控系统，更加贴合相关法律法规对矿井作业的约束。安全作业监控系统在我国应用的时间还不长，经过多次矿难伤亡教训，国家煤炭部门开展了多次大规模整改，处理了许多安全保障低下的黑煤窑，数量之庞大、惩罚之严厉前所未见，与此同时组织专家学者远赴欧洲交流学习，引入了大量国际先进监控技术，逐步建立起了符合我国煤矿业特点的监控体系，从波兰、英国、德国、日本先后邀请了多支专业煤矿监控队伍，从根本上扭转了国内煤矿安全监控系统缺失的现状。经过大量经验总结与丰富的实践，我国煤矿安全作业监控系统趋于完善，紧随国际发展趋势，自主研发了大量具有国际尖端水平的监控设备，并且当即投入试运行，收效颇丰，时至今日，90%以上的煤矿都已经具备了煤矿安全作业系统，和国家监管部门对接，为煤矿作业安全提供了保障。
4.结语
总之，我国煤矿机电一体化应用已经迈上了新的高度，在智能化、信息化领域中摸索出了一条符合自身发展的路径。机电一体化设备拥有安全可靠、性能卓越、维修简单、操作性强等特点，在煤炭生产中得到了广泛应用，减轻工作人员劳动量的同时，也为煤矿工人提供了可靠的安全保障，促进了煤矿生产能力以及经济效益。
作者：闫立伟 单位：河南能源化工集团永贵能源开发有限责任公司新田煤矿
关键词：煤矿机电；变频技术；应用
经济的快速发展也相应的刺激的煤炭市场的扩展，然而可利用煤炭资源随着各地煤矿资源的不断开采和各企业之间的竞争日渐激烈，资源短缺矛盾也逐渐凸显。目前减少机械设备的污染排放程度和节能效率是重点研究的课题之一，变频技术的出现对矿井提升机、采掘机、空压机等负荷变化较大的机电设备都起着明显的调节性能和节能效果，对促进煤矿生产企业的发展步伐都起着重要的现实意义。
一、变频技术相关概述
（一）技术原理。变频技术是一门结合机械设备和强弱电的综合性技术，其中还包括计算机技术、电力电子技术等。工频流信号通过半导体元件转换成其他频率后再转换成直电流，调节控制对电流与电压依靠的逆变器，使设备达到无极调速。有时为了实现对设备的有效合理控制，则利用电流频率和电机转速之间的同比增长关系改变电流频率，进而起到控制电机转速作用。此外，还能通过变频技术实现设备电机平稳和自动加减速控制的性能，对提高电机的工作效率都起着重要的促进作用。
（二）技术发展。变频技术在机电设备使用过程中可以通过设备负载情况实现自身功能变化，有效提高机电设备的运行效率。当前国内外针对变频技术的使用原理也取得了许多成果，然而在具体发展方面有以下几点：1）煤矿机电设备的调速系统集成化程度逐渐提高，高级集成电路和精简指令集计算机取代了传统的单片机，有效提高调速系统运行效率。2）经大幅度的技术改造后，压频比控制方式中的转矩和矢量控制在变频器中的应用也越来越普遍。3）随着变频器的综合化程度和自动化的提升，机电设备功能也相应的有所改变，从以往的基本调速功能扩展至能自主设置参数识别和通信等功能。
二、变频技术在煤矿机电设备中的实践应用
（一）机械动力负荷设备
1、采煤机。变频技术的日渐成熟已经完全能满足采煤机中电牵引的要求，电机尺寸会限制直流电牵引，所以，其功率不可能过大。交流电机功率在同样外形尺寸下可以做得更大，有利于电牵引采煤机的发展逐渐高可靠性和大功率靠拢。一般交流电牵引采煤机的变频系统结构不止一种，其中交-直-交变频调速系统因具有寿命长、性能可靠等优点，成为应用最广泛的一种。其牵引部供电方式主要依靠牵引变压器，将三相工频交流电变成幅值基本恒定的直流电，或将高压变成所需的交流电压，后经大功率晶体管变成可变频率和可变电压的交流电，实现牵引电机的无极调速。变频技术同时还具相应的保护功能，如控制电源异常，CPU控制电路异常，熔断丝切断，过热，过电流，过负荷，失速，欠压，控制电源异常等。一旦变频技术开启保护功能，变频器则会立即停止工作，其故障状态通过数码管显示，可以通过数字面板设置运行参数，实现在额定转速下采煤机依旧可以恒定转矩调速。
2、提升机。矿井提升机是用一定的装备沿井筒运出废石、矿石、材料、设备等运输环节，是地下矿山运输的主要设备。由于矿井系统具有运行速度快、控制复杂、惯性质量大等特点，会经常交替转换工作状况无论哪种提升机都对电气转动有极高的要求，如果电气传动系统可靠性较低，会影响到矿山生产效率和正常运行。目前，我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要采用直流传动系统，但存在着直流电动机固有的维修工作量较高、效率不高等缺点。如果提升机没有按照预定的速度曲线运行，失去控制，不可避免的会发生过卷和提升机超速事故，威胁矿井工作人员生命安全。一些中小型提升机则多采用交流电气传动系统，然而这种电气传动系统的调速性能差、效率低等缺点，如果在电动机转子电阻上消耗大量电能，会影响设备的正常运转。将变频技术应用矿井提升机是今后提升机发展的新动向，变频技术在提升机的应用主要以高压变频调速控制系统和PLC控制系统为主，前者通常采用单元串联多电平的四象限高压变频控制系统，不仅可以增强系统的抗干扰能力和安全性，最主要是有利于提高高压主电路和低压控制电路之间的通讯能力。后者系统已经基本实现PLC控制，绞车系统的保护功能与电磁兼容性的基本技术要求相符，强化了提升全过程的位置控制、速度控制及对动态画面的监视。
3、井下传送带。矿井井下煤炭运输的主力为带式运输机，其基本功能是在相距较远的工作点之间输送物料，使驱动装置和物料运载装置分离，避免撒料、皮带打滑或跑偏，保证煤炭在传输带上连续运输。在井下传送带中应用变频技术能有效实现皮带机的软启动，还可增加设备在启动和运行过程中稳定性，变频技术的应用还能提升能量的利用率，在设备运行的整个过程中能源利用率能够达到90%以上，对降低能源消耗起着积极的促进作用。此外，若将变频器安装在传送带上就可以及时将电机产生的多余负力输送至电网中，通过此方式减少传送带上的热力损耗。
（二）流体负荷设备
1、煤矿通风机。煤矿通风机器主要包括主风机和局部通风机，主风机一般安装在地面，多为抽出式，会有会风井和井风井，并会在井下形成全负压通风系统。局部通风机安装在井下，多为压入式，主要用于巷道掘进中。煤矿通风机的作用主要用于稀释及排出井下有害气体，为井下提供新鲜风流，并起到降温作用。随着不断延伸的开采和掘进工作，尽管风量不变，然而井下所需的风压要求却不断增加，随之增加就是风机所需用功率。在应用变频技术后，可根据巷道的风量需求对其进行调节，尤其变频节能运行能节约大量能源，改变风机以往的满负荷工作状态。一些风机经变频器改造后，所实现的变频软起动不仅不会冲击电网，还可随时停止。
2、水泵。水流量在煤炭生产过程中是根据实际开采需要运行的，通常会处于一个变工况的运行状态，会通过机械对阀门的开度进行调节，进入实现水泵。在长期运行状态中，水泵的效率会不断降低，寿命也不如设备初期。将变频技术应用于水泵设备中主要依靠PLC控制器和变频器，PCL控制器的加入会使变频器更加灵活和智能，保证生产的安全高效运行。变频器能灵活的控制抽水泵的平滑起停，降低了泵空转时间和频繁起停所带来的大量消耗，保证井下液位恒定的同时降低机械设备的损耗。
三、结语
总之，变频技术在当前煤矿机电设备中应用越来越广泛，它不仅有效降低了机电设备的磨损，还很好的控制了机电设备的转动速度，许多机电设备在生产中出现的操作问题都可通过变频技术解决，提高了设备运行性能。此外，变频技术在未来发展应不断加强其专业化，配置特殊功能的专业变频器，实现网络化变频器控制，促进此技术发挥出更佳的作用，为煤炭企业实现经济效益。
参考文献：
[1]张志强.变频技术在煤矿机电设备更新改造中的应用探析[J].内蒙古煤炭经济，2012，（11）：99.
[2]纪小龙.变频技术在多种煤矿机电设备中的应用与展望[J].科技与企业 ，2013，（17）：286-286.
【关键词】矿井运输；皮带输送机；永磁电机；优越性；传统
1 引言
井下胶带输送机驱动系统，主要分为两种，一种采用矿用隔爆型笼式异步电动机，经液力偶合器、减速器传动滚筒带动胶带运动，这种传统的传动方式具有明显的缺点。另一种是经技术改造后的驱动系统采用了无齿轮永磁同步电机变频驱动系统，即驱动系统由永磁同步电机与变频器相结合实现动力传递。它的研发及成功应用，响应了国家的节能减排政策，更为我矿运输生产效率奠定了基础。绿色矿用设备将成为一种趋势。
2 无齿轮永磁电机变频驱动系统的原理及应用
系统采用的是自控式交直交电压型电机控制方式，由整流桥、三相逆变电路、控制电路、三相交流永磁电机和位置传感器构成。50HZ的市电经整流后，由三相逆变器给电机的三相绕组供电，三相对称电流合成的旋转磁场与转子永久磁钢所产生的磁场相互作用产生转矩，拖动转子同步旋转，通过位置传感器实时读取转子磁钢位置，变换成电信号控制逆变器功率器件开关，调节电流频率和相位，使定子和转子磁势保持不乱的位置关系，才能产生恒定的转矩，定子绕组中的电流大小是由负载决定的。定子绕组中三相电流的频率和相位随转子位置的变化而变化的，使三相电流合成一个与转子同步的旋转磁场，通过电力电子器件构成的逆变电路的开关变化实现三相电流的换相，代替了机械换向器。
正弦波永磁同步电机属于自控式电机，只是电念头的定子反电势和电流波形均为正弦波，并且保持同相，其可以获得与直流电机相同的转矩特性，而且能实现恒转矩的调速特性。本位置伺服系统是通过正弦波永磁同步电机来实现位置伺服功能的。通过与井下胶带滚筒的配合运行，
3 紫金煤业无齿轮永磁电机变频系统应用的优越性
传统的带式输送机驱动系统采用异步电动机经液力偶合器，减速器将动力传送给滚筒带动皮带运动，这种传统驱动方式的缺点是：1、异步电动机液力耦合器减速器传动滚筒，要经两道机械环节，传动环节多，机械效率低。2、重载起动困难：当胶带输送机满载运行中，因故停止运转时，再次起动非常困难而造成停产时，往往要调大量人员清理胶带上的煤炭，才能重新起动胶带输送机。3、常对液力耦合器、减速器等部件进行保养、维护、且更换频率较高。4、驱动系统能耗高、噪音大。
无齿轮永磁同步变频驱动系统即驱动系统由永磁同步电机与变频器相结合实现动力的传递。它具有以下特点：（1）高效、节能：取消了液力偶合器和减速器，与原系统效率相比提高7%，所需永磁同步电机功率为34KW。（2）低噪音、免维护：取消了减速器和液力偶合器，系统震动和噪声大大降低；节约了因更换、检修、日常维护减速器和液力偶合器及齿轮等磨损零部件投入的费用；节约了由于起动不平稳造成皮带被拉裂而投入的采购费用。（3）输出转矩大、运行平稳：利用变频器的调速功能实现带式输送机的缓慢起动，可实现重载起动。（4）结构紧凑、体积小、重量轻：单台永磁同步电机，单台变频器。
现以我矿1206材料巷综掘工作面用的DSP1080/1000型带式输送机为例来分析减少成本、节能问题。
3.1 节约成本
该系统节省了传统皮带机系统中购买减速器、液力耦合器的成本，以DSJ1080皮带机为例，所需减速器的价格为8000元，液力耦合器价格为5000元，一台皮带机需要两台减速器及两台液力耦合器，因此可以节省26000元。由于该系统是变频起动，因此可以减小起动过程对皮带的冲击，经计算皮带材料可由原先的PVC800S降低为PVC680S。PVC800S价格为每米150元，PVC680S价格为每米130元，DSJ80皮带机一般皮带长为800米，皮带可以节省16000元。每台DSJ80皮带机节省的直接成本为42000元。
3.2 节约能量
传统的DSJ80皮带机由两台轻载效率为80%的55kW三相异步电机驱动，而现有的DSP1080/1000型带式输送机用一台效率为93%的160kW无齿轮电机驱动，皮带机每年生产330天，每天16小时，每度电0.6元。通过计算可得：
皮带机每年生产330天，每天16小时，每度电0.6元。由表1可知，在电机生命周期内无齿轮永磁同步变频驱动系统可以节约电能1，351，680kWh，节约总费用1，061，008元。
由上图可知，传统驱动系统在其生命周期内，一次投入所占比重少，仅为2%，但后期电费、维护成本很高分别为85%、13%，因此传统驱动系统的各项费用分配不合理，总费用很高。无齿轮驱动系统在其生命周期内，一次投入所占比重为9%，后期电费、维护成本分别为88%、3%，因此无齿轮驱动系统各项费用分配比较合理，一次投入比例稍大，但维护费用所占比例低，总费用节省很多，该系统的各种费用所占总费用的百分比，与发达国家相接近。
该传动系统，根据工矿实际将原系统的双驱（两台电机，每台电机电流为30-40A）改为现在的单驱（单台电机电流仅为20-30A），比原系统的电流降低了40-50A，节能效果显著。
关键词:煤矿生产;风机噪声;节电改造;调节方法;机械设备
中图分类号:TD534 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2010)09-0089-02
风机是煤矿生产中必不可少的通用机械设备。降低煤矿风机噪声, 进行噪声控制并对风机进行节电改造是目前煤矿风机使用中面临的两个重要课题,以下针对具体的技术措施进行论述。
一、风机噪声的控制
对通风机噪声的控制, 最根本的措施是从声源上根治噪声, 即设计制造高性能、低噪声的风机是控制风机噪声的根本途径。但是,当前对噪声较高的通风机进行合理的结构改造和安装适当的消声装置是控制风机噪声的最主要手段。
(一)矿井通风机产生噪声的原因
通风机在一定工况下运转时产生的噪声, 主要包括空气动力产生的噪声,机械振动产生的噪声,以及气体和固体弹性系统互相作用产生的噪声,即耦合噪声。其中气动噪声和耦合噪声产生的机理尤为复杂,空气动力性噪声是风机的主要噪声。它分成旋转噪声和涡流噪声。
1.通风机内部流动分离产生的噪声。叶轮高速旋转时,叶轮机械内部流动分离形式是多样的,产生机理是复杂的。在通风机中,叶轮入口、叶轮内部和叶轮出口都存在气流分离现象。气流的分离将引起涡流,这些涡流由于粘性力的作用,又会分裂成一系列小涡流,涡流的移动和破裂,使气流发生扰动,在气流中形成压缩和稀疏过程,由此产生噪声。
2.气固耦合噪声产生的原因。通风机气固耦合噪声问题基本上属于弹性结构体外部绕流的流动诱发振动,从而产生噪声,也就是气固耦合动力学问题,当叶片由于外界原因以某一固有频率作初始微幅振动时,将会与周围气流发生能量交换,既可能由于向气流传递能量而使叶片振动衰减,也可能从气流中吸取能量而使振动加剧。在通风机中,常见的是叶片颤振现象及其引起的噪声。从流体力学角度来看,耦合噪声基本上可分为两类:一类可认为流动分离和边界层效应对于噪声发作没有重要影响;另一类的噪声发作机理与流动分离和旋涡密切相关。叶轮机械均以后一类更为常见。同时,转子与静子的气动干扰、位于进口前方的整流板对转子形成的非定常扰动进气口流场畸变等都是噪声产生的因素
(二)煤矿通风机噪声的控制措施
1.在风机的出气口管道上安装消声器。在风机噪声中, 进、出气口辐射的空气动力性噪声强度最大, 所以, 首先应将这部分噪声降下来。在局扇进、出气口安装消声器是抑制其噪声的最有效措施。由于煤矿主风机在使用时为抽出式通风,噪声的主要辐射部位在风机的出口, 所以一般在出气口安装各类消声器。目前应用的消声器种类繁多, 主要有:阻性消声器、抗性消声器、微穿孔板消声器和复合式消声器。各类消声器在消声降噪上的特性和对风机气动特性的影响是各个不相同的。目前对煤矿主风机实施降噪时, 通常采用阻性消声器, 阻性消声器主要吸收中高频噪声, 而且降噪效果好。
2.风机机组加装隔声罩。煤矿主风机机壳、电动机、基础振动等部位辐射的噪声也是主要噪声源, 需要采取综合治理措施, 最常用也是最有效的措施是加装风机机组隔声罩。采用加装隔声罩措施就是将整个风机机组用密闭的隔声罩围包起来。隔声是利用隔声结构将噪声隔挡, 减弱噪声的传递。隔声罩是按隔声原理设制的, 它由隔声层阻尼村料、吸声层和护面层组成。这样使隔声罩具有隔声和吸声双重降噪效果, 可大大提高减噪效果。
3.采取改造风机房的综合治理措施。如果有专门的风机机房, 则可结合现场情况采取将风机房改造成隔声间的降噪方法, 即把风机机组封闭在风机房内使其噪声传不出去, 这样机房内的噪声虽大, 但外界噪声则小多了。密封的风机房上要安装进气口消声器, 以供风机吸气和电动机、机壳等散热之需要。在冷却风机出气管路上也可再装一个消声器以减弱风机出气噪声。若要降低隔声间内的噪声, 可在房间内表面采取吸气处理或悬挂消声体; 对风机机壳和输气管采取阻尼措施,涂贴包裹吸声材料;为隔绝风机基础振动, 减弱固体声的传递,可在风机下安装减振器或设计专门的隔振基础。
二、煤矿通风机节电的措施
煤矿通风机耗电量较大,该设备全年不停地运行,而且不同时期对风量的要求又不相同,如节假日用风量较小,矿井建设初期用风量也较少,因此,选择一种好的调节风量的方法,完全可以降低吨煤电耗,而且可以提高风机的使用寿命,这样就可以给企业带来可观的经济效益。
(一)工作原理
矿用通风机调节方法有多种形式,目前国内煤炭企业主要采用调节管网阻力法、调节转速法、调节进口导流器叶片法、调节叶轮叶片法等形式。根据风机的轴功率变化特性曲线显示,当风机的转速改变时,轴功率与转速的三次方成正比变化,可见,调节转速是风机节能改造效果最明显的技术途径。
(二)调节方法
通风机常见的调速方法主要有:可控硅串级调速、直流机组调速,交―交变频调速、液力调速等几种方式。
1.液力偶合器调速。(1)调节原理。电机输出轴高速旋转带动液力偶合器泵轮旋转,将液体介质以高速高压流冲向液力偶合器涡轮叶片,使涡轮跟随泵轮作同向旋转并带动风机;而传动介质由涡轮外缘流向内侧并减速减压流向泵轮形成涡流循环,在这种循环中,通过导管系统直接改变传动介质质量,可无级调节转速并将电动机的机械能柔性传递至风机。(2)技术特点。1)由于调速型液力偶合器本身结构特点,可实现电动机空载起动,可放弃原有的已老化的电动机控制系统,采用液力偶合器自身的简单控制系统,并利用电动机可空载起动,提高其起动能力,减小对电网的冲击;2)由于传动介质为油液,可隔离扭振,减缓冲击;3)结构简单可靠,控制操作方便;4)除轴承之外,无机械磨损,效率高,节能效果显著。
2.可控硅串级调节电机转速。
(1)调节原理。电网电能经异步电动机气隙传递到转子的电磁功率P2,一部分为机械输出功率Pm,另一部分为转差功率Ps。它们之间的关系如下:
P2=Pm+Ps
P2=Mω1
Pm=(1-s)P2
Ps=sP2=3I22R
式中: M――电动机的电磁转矩;
ω1――同步角速度;
I2――转子每相电流;
R――转子电阻;
s――转差率。
原机组采用转子电路串接附加电阻实现调速。显然在低速运转时,s升高,转差功率Ps升高,此时,转差功率Ps无法加以利用,只能白白消耗在外部附加电阻上,所以这是一种低效率的能耗调速方法。如在转子回路代替附加电阻接入一套电器装置,同样能实现调速,并具有节能的显著优点。
(2)技术特点。调速系统为全数字化显示,电控系统采用PLC技术取代模拟控制和有触点电器传动方案,提高系统可靠性。本方案控制的只是转子转差功率,系统设备投资少。尤其是采用双闭环调节技术,可以做到平滑无级调速及较硬的机械特性。此方案是矿用风机节能调速的优选技术方案之一。
3.直流机组调速。(1)调节原理直流电机采用激励磁,定子电路采用固定直流供电,转子电路采用可控硅变流器供电,改变可控硅导通角α,即改变转子供电电压,改变转子电磁转矩,实现调速目的;(2)技术特点。调速范围广,调速性能好,效率高,技术稳定可靠。但常见的通风系统采用交流电机,需改换成直流电机,设备投资及直流电机维护量大,不代表电气传动的发展方向。因此,在风机节能项目改造中应用较少。
4.交―交变频调速。(1)调节原理。交―交变频器其主回路由2组并联的变流器P组和N组组成。P组和N组轮流向负载供电,则在负载上获得交流输出电压U0。U0的幅值由变流器的控制角α决定。U0的频率由2组变流器的切换频率决定。如果变流器采用桥式接法,则三相负载需要36个晶闸管元件;如果用零式接法,也需要18个晶闸管元件,元件数量较多。另外,矿井供电电压常见为双路6kV,目前还没有能直接在6kV电压下的晶闸管元件。故系统采用高―低―高供电方案,需增加2套晶闸管用变压器。(2)技术特点。调速范围广、高效、优质调节。晶闸管元件数量多,需增加降压、升压变压器,系统设备多,投资大。因此,在风机节能项目改造中应用较少。
参考文献
[1]葛彦青.浅谈煤矿通风机产生噪声的原因与控制[J].黑龙江科技信息,2008,(36).
我作为机电科供电车间的技术员，立足于本职岗位，在做好全矿上下供电技术任务的同时，着重于自身供电系统业务的掌握和技术水平的提高，积极参加各种培训，不断拓展自己的知识面，利用先进的技术，结合自己的专业知识，将供电技术应用于煤矿安全生产中。
一、积极学习技术，努力提高自身业务水平
年7月，在有关部门的带领下，我随队到河南济源市防爆设备厂进行了考察和学习，掌握了新型设备的新技术、新工艺，并积极地和同行探讨与交流。随后邀请了该厂家与南京国辰电气的相关技术人员来到我矿，为供电职工进行电气设备的应用与维护培训，为我们相关技术人员现场进行技术指导，解决了不少的技术难题。我把平时工作中遇到的有关问题记录下来，向供电车间老师傅们求教，直至弄明白为止。每当厂家相关技术人员来矿解决设备大的故障时，我更积极向他们进行请教。在不断地学习和实践中，我逐步的熟悉了井下供电系统和高低压设备的应用，提高了自己的业务水平。
二、合理供电系统设计，科学编制技术措施
在分管供电科长的指导下，我逐渐进行各采区工作面的供电系统设计。由于对工作面及其机械设备不熟悉，为合理的布置高低压电缆线路的走向，我经常跑现场，测量距离，科学整定计算，合理选择电气设备和电缆型号，不仅满足实际需要，还能节省不少人力物力。我先后为井下8171、7198、7196、7174（2）、8172、7199等采煤工作面的供电系统进行了设计。我本着“一工程一措施”的原则，除了固定每月两次的高低压电气设备检修，还有敷设或回收高压电缆、设备安装、标准化工作等工程，我都要提前编制施工安全技术措施，严谨组织、科学编制，使安全技术措施具有科学性和可操作性。经过有关部门领导的审批后，在施工前传达给每位施工人员并签字，严格措施的兑现，令措施真正地起到了防范在前、全过程监督指导的作用。另外，我还协助车间主任做好设备检修计划、材料计划，并对出现的机电事故提出安全防范技术措施。
三、安全质量标准化，工作任务显成效
为贯彻落实矿下达的质量标准化工作，针对供电班组对井下主要巷道及变电所的电缆按标准化要求进行整理吊挂的情况，提出合理化建议，并制定科学的安全施工技术措施。2009年我主要参加完成了以下几项大的工程：Ⅱ(3)采区上部变电所安装及其供电线路的敷设；皮带暗斜井皮带电控系统安装；东三及Ⅱ(3)采区变频绞车电控、信号系统的安装；井下8171、7198、7196等采煤工作面的供电系统安装；-750掘进面大型综掘机供电系统安装；-750行车间供电安装及掘进队供电系统改造；主井变电所更换变压器等。通过参加这些大型工程，我一边指导技术上的工作一边再进一步学习，积累为以后更好的做好供电工作奠定了基础。
四、做好本职工作，提高职工技能水平
在日常工作中，我针对井上、下高低压供电系统有变动的地方及时对供电系统图进行修改，可以随时了解各变电所所带负荷，并负责对井下远程监控系统的维护。同时，我对矿井的高压继电保护装置的整定参数进行了重新计算和对井下高低压电缆统计。在系统领导的指导下，不定期地组织电工进行技能培训，学习新技术，提高理论文化水平和业务操作技能，并经常组织各项技能比武，积极开展“QC小组”和“手指口述操作法”等活动，通过这些培训活动，不断提高车间电工的业务水平和处理开关故障的能力，大大缩短了处理事故的时间，有力保障了全矿的安全供电。
我在领导和同事们的帮助指导下，逐渐熟悉自己的业务，在工作中取得了一些成绩，但也深知自己的不足之处，如事故处理经验少。所以在今后的工作中，我要努力戒骄戒躁，积累经验教训，不断调整自己的思维方式和工作方法，在实践中磨练自己，严格要求自己，不断的学习与创新．不辜负矿、科领导对我的信任，努力成为优秀的技术人员，争取为矿的发展多做贡献。
我作为机电科供电车间的技术员，立足于本职岗位，在做好全矿上下供电技术任务的同时，着重于自身供电系统业务的掌握和技术水平的提高，积极参加各种培训，不断拓展自己的知识面，利用先进的技术，结合自己的专业知识，将供电技术应用于煤矿安全生产中。
一、积极学习技术，努力提高自身业务水平
Xx年7月，在有关部门的带领下，我随队到河南济源市防爆设备厂进行了考察和学习，掌握了新型设备的新技术、新工艺，并积极地和同行探讨与交流。随后邀请了该厂家与南京国辰电气的相关技术人员来到我矿，为供电职工进行电气设备的应用与维护培训，为我们相关技术人员现场进行技术指导，解决了不少的技术难题。我把平时工作中遇到的有关问题记录下来，向供电车间老师傅们求教，直至弄明白为止。每当厂家相关技术人员来矿解决设备大的故障时，我更积极向他们进行请教。在不断地学习和实践中，我逐步的熟悉了井下供电系统和高低压设备的应用，提高了自己的业务水平。
二、合理供电系统设计，科学编制技术措施
在分管供电科长的指导下，我逐渐进行各采区工作面的供电系统设计。由于对工作面及其机械设备不熟悉，为合理的布置高低压电缆线路的走向，我经常跑现场，测量距离，科学整定计算，合理选择电气设备和电缆型号，不仅满足实际需要，还能节省不少人力物力。我先后为井下8171、7198、7196、7174（2）、8172、7199等采煤工作面的供电系统进行了设计。我本着“一工程一措施”的原则，除了固定每月两次的高低压电气设备检修，还有敷设或回收高压电缆、设备安装、标准化工作等工程，我都要提前编制施工安全技术措施，严谨组织、科学编制，使安全技术措施具有科学性和可操作性。经过有关部门领导的审批后，在施工前传达给每位施工人员并签字，严格措施的兑现，令措施真正地起到了防范在前、全过程监督指导的作用。另外，我还协助车间主任做好设备检修计划、材料计划，并对出现的机电事故提出安全防范技术措施。
三、安全质量标准化，工作任务显成效
为贯彻落实矿下达的质量标准化工作，针对供电班组对井下主要巷道及变电所的电缆按标准化要求进行整理吊挂的情况，提出合理化建议，并制定科学的安全施工技术措施。2009年我主要参加完成了以下几项大的工程：Ⅱ(3)采区上部变电所安装及其供电线路的敷设；皮带暗斜井皮带电控系统安装；东三及Ⅱ(3)采区变频绞车电控、信号系统的安装；井下8171、7198、7196等采煤工作面的供电系统安装；-750掘进面大型综掘机供电系统安装；-750行车间供电安装及掘进队供电系统改造；主井变电所更换变压器等。通过参加这些大型工程，我一边指导技术上的工作一边再进一步学习，积累为以后更好的做好供电工作奠定了基础。
四、做好本职工作，提高职工技能水平
在日常工作中，我针对井上、下高低压供电系统有变动的地方及时对供电系统图进行修改，可以随时了解各变电所所带负荷，并负责对井下远程监控系统的维护。同时，我对矿井的高压继电保护装置的整定参数进行了重新计算和对井下高低压电缆统计。在系统领导的指导下，不定期地组织电工进行技能培训，学习新技术，提高理论文化水平和业务操作技能，并经常组织各项技能比武，积极开展“QC小组”和“手指口述操作法”等活动，通过这些培训活动，不断提高车间电工的业务水平和处理开关故障的能力，大大缩短了处理事故的时间，有力保障了全矿的安全供电。
我在领导和同事们的帮助指导下，逐渐熟悉自己的业务，在工作中取得了一些成绩，但也深知自己的不足之处，如事故处理经验少。所以在今后的工作中，我要努力戒骄戒躁，积累经验教训，不断调整自己的思维方式和工作方法，在实践中磨练自己，严格要求自己，不断的学习与创新．不辜负矿、科领导对我的信任，努力成为优秀的技术人员，争取为矿的发展多做贡献。
